Cara Mengukur Engine Performance Kapal dan Parameter yang Digunakan

Main engine berfungsi menghasilkan tenaga untuk menggerakkan propeller, sedangkan auxiliary engine atau diesel generator menghasilkan energi listrik untuk memenuhi kebutuhan berbagai peralatan kapal.

Mesin kapal bekerja dalam waktu yang panjang dan pada kondisi beban yang dapat berubah-ubah sehingga kondisi dan kinerjanya harus dipantau secara rutin. 

Pengukuran engine performance tidak hanya bertujuan mengetahui apakah mesin masih dapat bekerja atau tidak, tetapi juga untuk mengetahui seberapa efisien mesin menghasilkan tenaga, bagaimana kondisi proses pembakaran, apakah setiap silinder bekerja seimbang, dan apakah terdapat tanda-tanda penurunan performa.

Parameter seperti tekanan silinder, temperatur gas buang, tekanan udara pembakaran, konsumsi bahan bakar, putaran mesin, serta daya keluaran dapat memberikan gambaran mengenai kondisi aktual mesin. 

Data tersebut kemudian dibandingkan dengan nilai referensi, data commissioning, hasil sea trial, atau kondisi operasi sebelumnya.

Pengukuran performa juga penting setelah major overhaul, perubahan komponen, atau ketika ditemukan gejala seperti konsumsi bahan bakar meningkat, temperatur gas buang tidak seimbang, daya menurun, getaran meningkat, atau mesin mengalami gangguan operasi. 

Sebagaimana indikator yang digunakan oleh Wärtsilä seperti memasukkan fuel consumption, power output, cylinder pressure, turbocharger efficiency, temperatur, tekanan, noise dan vibration sebagai bagian dari parameter yang dapat digunakan dalam pengukuran performa mesin.

Apa yang Dimaksud dengan Engine Performance?

Engine performance adalah kemampuan mesin untuk menghasilkan tenaga yang dibutuhkan dengan konsumsi bahan bakar dan kondisi operasi yang sesuai dengan karakteristik desainnya.

Pada mesin diesel kapal, beberapa aspek utama yang diperhatikan antara lain:

• Power output, yaitu daya yang dihasilkan mesin
• Specific Fuel Oil Consumption (SFOC), yaitu jumlah bahan bakar yang digunakan untuk menghasilkan satu satuan energi
• Cylinder pressure, terutama compression pressure dan maximum firing pressure
• Exhaust gas temperature, yaitu temperatur gas buang setiap silinder
• Scavenge atau intake air pressure, yaitu tekanan udara yang digunakan untuk proses pembakaran
• Turbocharger performance
• Lubricating oil pressure dan temperature
• Cooling water temperature dan pressure
• Engine speed dan load
• Vibration dan torsional vibration
• Kondisi dan keseimbangan kerja antar silinder

Tidak semua parameter harus diukur menggunakan alat khusus. Sebagian dapat diperoleh dari engine monitoring system, sedangkan parameter tertentu membutuhkan alat pengukuran khusus.

Hal yang sangat penting adalah melihat tren perubahan parameter, bukan hanya satu angka hasil pengukuran. 

Nilai temperatur atau tekanan yang masih berada dalam batas aman belum tentu menunjukkan kondisi mesin yang sehat jika nilainya terus mengalami perubahan dari waktu ke waktu.

Cara Mengukur Engine Performance Kapal

1. Mengukur Tekanan Silinder dengan Digital Pressure Indicator (DPI)

Digital Pressure Indicator atau DPI merupakan perangkat elektronik yang digunakan untuk mengukur dan merekam tekanan silinder. 

Pada sistem yang lebih lengkap, sensor tekanan dapat dikombinasikan dengan data acquisition system dan informasi posisi crankshaft sehingga tekanan dapat dianalisis berdasarkan crank angle.

Hasil pengukuran dapat ditampilkan dalam bentuk grafik tekanan terhadap sudut poros engkol. Grafik tersebut memberikan gambaran mengenai proses kompresi dan pembakaran di dalam silinder.

Dengan membandingkan hasil pengukuran antar-silinder, Second Engineer dapat mengetahui apakah terdapat unit yang bekerja tidak normal.

Sebagai contoh, apabila enam silinder sebuah mesin menunjukkan pola tekanan yang relatif seragam tetapi satu silinder memiliki tekanan pembakaran yang jauh berbeda, kondisi tersebut perlu diperiksa lebih lanjut.

Penyebabnya dapat berkaitan dengan:

• fuel injector
• fuel pump
• timing injection
• kondisi piston ring
• cylinder liner
• exhaust valve
• compression condition
• kualitas bahan bakar

Dikutip dari Wartsila yang menjelaskan bahwa Intelligent Combustion Monitoring (ICM) dapat mengukur tekanan di dalam setiap silinder secara real-time dan menghubungkannya dengan posisi crankshaft untuk analisis performa dan diagnosis.

Tekanan silinder dapat dianggap sebagai salah satu indikator langsung dari kualitas proses pembakaran.

Dari data tersebut engineer dapat memperoleh informasi seperti:

• compression pressure
• maximum firing pressure atau Pmax
• tekanan pada posisi tertentu dari crank angle
• indikasi waktu pembakaran
• keseimbangan antar-silinder
• indikasi perubahan kondisi ruang bakar

Hasil pengukuran ini harus dibandingkan dengan maker's reference, kondisi beban mesin, temperatur lingkungan, serta parameter operasi lainnya. Angka tekanan yang berdiri sendiri tidak cukup untuk menentukan penyebab kerusakan.

2. Mengukur Maximum Cylinder Pressure dengan Peak Pressure Gauge

Metode yang lebih sederhana untuk mengetahui kondisi pembakaran adalah menggunakan peak pressure gauge atau mechanical peak pressure indicator.

Alat ini digunakan untuk mengetahui tekanan maksimum yang terjadi di dalam silinder selama proses pembakaran.

Pada mesin diesel, tekanan maksimum terjadi setelah bahan bakar diinjeksikan dan proses pembakaran berlangsung. Nilai tersebut sangat dipengaruhi oleh:

• jumlah bahan bakar yang diinjeksikan
• kualitas atomisasi bahan bakar
• tekanan kompresi
• temperatur udara
• kondisi injector

Pengukuran Pmax antar-silinder dapat membantu engineer mengetahui apakah pembebanan masing-masing cylinder unit relatif seimbang.

Misalnya, jika sebagian besar silinder mempunyai Pmax yang hampir sama tetapi satu silinder memiliki nilai jauh lebih rendah, engineer perlu melakukan pemeriksaan lebih lanjut.

Kemungkinan penyebabnya antara lain injector bermasalah, fuel pump tidak bekerja optimal, compression pressure rendah, atau terdapat masalah pada piston ring maupun exhaust valve.

Namun, fuel rack tidak boleh langsung diubah hanya berdasarkan satu hasil pengukuran. Penyesuaian harus mengikuti prosedur maker dan mempertimbangkan seluruh parameter mesin.

3. Intelligent Combustion Monitoring (ICM)

Intelligent Combustion Monitoring (ICM) merupakan contoh sistem yang menggunakan sensor tekanan untuk memantau proses pembakaran di dalam silinder secara kontinu.

Sistem seperti ICM dapat menyediakan data tekanan setiap silinder secara real-time. Data tersebut kemudian dapat digunakan untuk mengevaluasi performa mesin dan mendeteksi perubahan kondisi.

Menurut dokumentasi Wärtsilä, ICM dapat digunakan untuk membantu mendeteksi berbagai kondisi seperti perubahan tekanan kompresi, masalah fuel injection, operasi exhaust valve, dan indikasi gas leakage akibat keausan cylinder liner atau piston ring.

Data tersebut dapat digunakan untuk membandingkan kondisi setiap cylinder unit.

Pada sistem tertentu, monitoring dapat dikembangkan menjadi closed-loop control melalui Intelligent Combustion Control atau ICC.

Konsepnya adalah:

Sensor - pengukuran tekanan - analisis - dibandingkan dengan target - koreksi parameter - pembakaran dioptimalkan

Pada sistem yang mendukung fungsi tersebut, parameter seperti injection timing dan exhaust valve timing dapat disesuaikan dalam batas operasi yang ditentukan.

Wärtsilä menjelaskan bahwa ICC dirancang untuk membantu menyeimbangkan compression pressure dan firing pressure antar-silinder serta mempertahankan operasi mesin mendekati karakteristik performa yang ditentukan.

Teknologi seperti ini menunjukkan perubahan dari sistem perawatan yang hanya bersifat reactive menjadi condition-based dan data-driven maintenance.

4. Menggunakan Indicator Card atau Indicator Diagram

Sebelum teknologi digital berkembang, engineer banyak menggunakan indicator diagram untuk mengevaluasi proses kerja mesin.

Sebuah mechanical indicator digunakan untuk menghasilkan grafik hubungan antara pressure dan piston position/crank angle. Hasilnya dikenal sebagai indicator card atau indicator diagram.

Dari diagram tersebut engineer dapat melihat karakteristik tekanan selama siklus mesin.

Untuk mesin diesel, pengukuran indicator diagram dapat digunakan untuk mengevaluasi:

• compression pressure
• firing pressure
• proses ekspansi
• kondisi pembakaran
• indikasi masalah exhaust valve
• keseimbangan performa antar-silinder

Dalam perkembangan teknologi modern, fungsi tersebut tidak hilang, tetapi cara pengukurannya berubah dari sistem mekanis menjadi sensor elektronik dan sistem akuisisi data.

5. Memantau Engine Log Book

Salah satu sumber data yang sangat penting di kapal adalah engine log book. karena berisi catatan parameter operasi mesin dengan detail, misalnya:

• engine RPM
• engine load
• fuel consumption
• exhaust gas temperature
• cooling water temperature
• lubricating oil pressure
• lubricating oil temperature
• scavenge air pressure
• turbocharger RPM
• fuel pressure
• kejadian abnormal dan pekerjaan perawatan

Sebagai contoh, temperatur gas buang sebuah cylinder biasanya berada pada kisaran tertentu. Jika dalam beberapa minggu temperatur tersebut secara perlahan meningkat, perubahan tersebut perlu diperhatikan meskipun belum melewati alarm limit.

6. Memantau Parameter Kontrol dan Sistem Engine Control

Mesin modern tidak hanya mengandalkan komponen mekanis. Banyak mesin kapal telah menggunakan electronic engine control system untuk mengatur dan memonitor proses operasi.

Pada mesin elektronik, data sensor dikirim ke sistem kontrol untuk menentukan apakah mesin bekerja sesuai batas operasi.

Sistem kontrol juga dapat memiliki fungsi alarm, slowdown, load reduction, atau shutdown apabila parameter tertentu mencapai kondisi berbahaya.

Sebagai contoh, sistem engine control modern dapat menangani fungsi seperti start/stop management, fuel management, speed/load control, cooling, charge air, dan combustion monitoring.

Hal ini membuat engineer tidak hanya perlu memahami mekanika mesin, tetapi juga dasar-dasar instrumentation, automation, sensor, dan control system.

7. Memantau Exhaust Gas Temperature dan Emisi

Gas buang merupakan salah satu sumber informasi penting mengenai proses pembakaran. Pada mesin kapal, exhaust gas temperature (EGT) biasanya dipantau untuk setiap cylinder unit. 

Perbandingan temperatur antar-silinder dapat memberikan indikasi adanya ketidakseimbangan pembakaran.

Misalnya, apabila satu silinder memiliki temperatur gas buang jauh lebih tinggi dibandingkan silinder lain pada kondisi beban yang sama, beberapa kemungkinan perlu diperiksa.

Sebaliknya, temperatur yang terlalu rendah juga tidak otomatis berarti kondisi tersebut baik. Temperatur rendah dapat berkaitan dengan jumlah bahan bakar yang lebih sedikit, pembakaran yang tidak optimal, atau masalah lainnya.

Karena itu, EGT harus dianalisis bersama parameter lain, bukan digunakan sebagai satu-satunya dasar diagnosis.

Warna asap juga dapat memberikan petunjuk awal.

Asap hitam

Umumnya berkaitan dengan kondisi over-fuelling atau kekurangan udara relatif terhadap bahan bakar, tetapi penyebab sebenarnya perlu ditelusuri.

Kemungkinan yang harus diperiksa antara lain:

• injector
• turbocharger
• air cooler
• intake/scavenge air system
• fuel system
• kondisi beban mesin

Asap biru

Dapat menjadi indikasi adanya oil burning, misalnya ketika minyak pelumas masuk ke ruang pembakaran dalam jumlah yang tidak semestinya.

Asap putih

Dapat berkaitan dengan pembakaran yang tidak sempurna, terutama pada kondisi tertentu seperti mesin dingin atau masalah sistem injeksi.

Namun, warna asap tidak boleh dijadikan diagnosis final. Pemeriksaan parameter mesin lainnya tetap diperlukan.

Selain aspek performa, pengendalian emisi juga berkaitan dengan persyaratan lingkungan maritim, termasuk pengendalian NOx dan sulfur sesuai regulasi yang berlaku.

8. Memantau Temperatur, Tekanan, Daya, dan Konsumsi Bahan Bakar

Parameter dasar seperti temperature, pressure, power, speed, dan fuel consumption merupakan bagian penting dalam evaluasi engine performance.

Temperatur 

meliputi: 

• lubricating oil temperature
• jacket cooling water temperature
• charge air temperature
• exhaust gas temperature
• fuel temperature
• bearing temperature

Tekanan 

meliputi:

• lubricating oil pressure;
• cooling water pressure;
• fuel oil pressure;
• charge air pressure;
• exhaust pressure;
• scavenge air pressure.

Daya dan beban

Engineer perlu mengetahui berapa besar daya yang dihasilkan mesin pada kondisi operasi tertentu.

Untuk sistem propulsi, data daya dapat dikaitkan dengan:

• RPM
• propeller condition
• ship speed
• draft
• sea condition
• fuel consumption

Sedangkan pada auxiliary engine, daya keluaran dapat dibandingkan dengan beban listrik yang dipikul generator.

Konsumsi bahan bakar

Salah satu indikator penting efisiensi adalah Specific Fuel Oil Consumption (SFOC).

Secara sederhana:

SFOC = konsumsi bahan bakar / daya yang dihasilkan

SFOC biasanya dinyatakan dalam g/kWh.

Semakin tinggi SFOC pada kondisi operasi yang sama, semakin besar bahan bakar yang dibutuhkan untuk menghasilkan energi yang sama.

Namun, nilai SFOC harus dibandingkan pada kondisi yang setara karena perubahan load, ambient condition, fuel quality, fouling, dan kondisi mesin dapat mempengaruhi hasil pengukuran.

9. Memeriksa Turbocharger Performance

Turbocharger memiliki peran penting dalam menyediakan udara pembakaran.

Secara sederhana, energi gas buang digunakan untuk memutar turbine. Turbine tersebut menggerakkan compressor yang kemudian memasok udara bertekanan ke mesin.

Jika performa turbocharger menurun, suplai udara pembakaran dapat terganggu.

Fouling pada compressor atau turbine dapat menurunkan efisiensi turbocharger. Akibatnya, tekanan udara pembakaran dapat menurun dan proses pembakaran dapat menjadi kurang optimal.

Karena itu, data turbocharger perlu dianalisis bersama engine load, exhaust temperature, charge air pressure, dan fuel consumption.

Pengukuran performa turbocharger juga termasuk salah satu parameter yang digunakan dalam layanan pengukuran performa mesin.

10. Memantau Getaran dan Torsional Vibration

Engine performance tidak hanya berkaitan dengan tekanan dan temperatur.

Vibration monitoring juga penting untuk mengetahui kondisi mekanis mesin dan sistem propulsi.

Getaran dapat berasal dari berbagai sumber, misalnya:

• ketidakseimbangan rotating component
• misalignment
• bearing deterioration
• gear problems
• combustion imbalance
• propeller problems
• torsional vibration

Pada sistem propulsi, torsional vibration sangat penting karena crankshaft, coupling, shafting, dan propeller merupakan sistem mekanis yang saling terhubung.

Data getaran dapat membantu engineer menemukan perubahan kondisi sebelum kerusakan menjadi lebih serius.

Wärtsilä, misalnya, memasukkan vibration dan torsional vibration sebagai bagian dari parameter yang dapat digunakan dalam troubleshooting dan performance measurement.

Bagaimana Engineer Menganalisis Engine Performance?

Pengukuran performa tidak berhenti setelah data diperoleh, engineer harus melakukan interpretasi dan korelasi antarparameter.

Kasus 1: Exhaust temperature tinggi

Jangan langsung menyimpulkan injector rusak.

Periksa:

EGT - fuel injection - cylinder pressure - charge air pressure - exhaust valve - load

Dengan cara ini, ada kemungkinan penyebab dapat dipersempit.

Kasus 2: Fuel consumption meningkat

Periksa:

Fuel consumption - engine load - SFOC - cylinder performance - turbocharger - air cooler - fuel quality

Jika konsumsi bahan bakar meningkat sementara load tetap sama, kemungkinan terjadi deterioration pada efisiensi mesin.

Kasus 3: Charge air pressure turun

Periksa:

Charge air pressure - turbocharger speed - exhaust temperature - air cooler - filter - scavenge system

Dengan pendekatan seperti ini, engineer tidak hanya melihat gejala tetapi berusaha menemukan root cause.

Parameter Engine Performance yang Digunakan

Pembakaran

Parameter pertama adalah parameter pembakaran (combustion), yang meliputi maximum cylinder pressure (Pmax), compression pressure, dan cylinder pressure. 

Parameter ini digunakan untuk mengetahui kualitas proses pembakaran di dalam masing-masing silinder serta melihat keseimbangan kinerja antar-cylinder unit. 

Perbedaan yang cukup besar antara satu silinder dan silinder lainnya dapat menjadi indikasi adanya masalah pada sistem bahan bakar, injeksi, kompresi, atau komponen ruang bakar.

Temperatur

Beberapa temperatur penting yang perlu diperhatikan antara lain exhaust gas temperature (EGT), lubricating oil temperature, cooling water temperature, charge air temperature, dan temperatur komponen tertentu sesuai desain mesin. 

Pemantauan temperatur membantu engineer mengetahui kondisi termal mesin. Perubahan temperatur yang tidak normal dapat menjadi indikasi gangguan pada proses pembakaran, sistem pendingin, sistem pelumasan, atau suplai udara.

Tekanan

Contohnya adalah lubricating oil pressure, fuel oil pressure, cooling water pressure, charge air pressure, dan tekanan pada sistem lain yang relevan. 

Tekanan memberikan informasi mengenai kondisi kerja masing-masing sistem. Misalnya, penurunan tekanan minyak pelumas dapat mengindikasikan masalah pada pompa, filter, kebocoran, atau peningkatan clearance pada komponen tertentu. 

Sementara itu, penurunan charge air pressure dapat berkaitan dengan masalah pada turbocharger, air cooler, atau sistem udara masuk.

Konsumsi Bahan Bakar

Dari sisi bahan bakar, engineer perlu memantau fuel consumption dan Specific Fuel Oil Consumption (SFOC). Kedua parameter tersebut penting untuk mengetahui efisiensi mesin. 

SFOC menunjukkan jumlah bahan bakar yang dibutuhkan mesin untuk menghasilkan sejumlah energi tertentu dan umumnya dinyatakan dalam gram per kilowatt-hour (g/kWh). 

Apabila konsumsi bahan bakar atau SFOC meningkat pada kondisi beban yang relatif sama, hal tersebut dapat menjadi indikasi bahwa efisiensi mesin mengalami penurunan.

Power Load dan RPM

Power, load, dan engine RPM juga merupakan parameter penting. Ketiganya digunakan untuk mengetahui kemampuan mesin dalam menghasilkan daya dan mempertahankan kondisi operasi sesuai kebutuhan. 

Pada main engine, hubungan antara daya, RPM, dan kondisi propulsi dapat memberikan gambaran mengenai performa sistem penggerak kapal. 

Sementara pada auxiliary engine, daya keluaran generator perlu dibandingkan dengan beban listrik yang dilayani.

Engineer juga harus memperhatikan air system, khususnya parameter seperti turbocharger speed, charge air pressure, charge air temperature, dan parameter turbocharger lainnya. 

Sistem udara memiliki peran penting dalam menyediakan oksigen yang cukup untuk proses pembakaran. 

Gangguan pada turbocharger, compressor, turbine, atau air cooler dapat menyebabkan suplai udara berkurang sehingga pembakaran menjadi tidak optimal dan konsumsi bahan bakar dapat meningkat.

Parameter Mekanis

Selain parameter termal dan proses pembakaran, parameter mekanis (mechanical parameters) juga perlu dipantau. Parameter tersebut antara lain vibration, torsional vibration, bearing temperature, dan kondisi mekanis lainnya sesuai tipe mesin. 

Pemantauan ini bertujuan mendeteksi perubahan kondisi pada rotating parts, bearing, crankshaft, coupling, shafting, maupun komponen mekanis lainnya. 

Peningkatan getaran yang tidak normal dapat menjadi tanda awal adanya imbalance, misalignment, keausan, atau gangguan mekanis lainnya.

Selain itu, engineer juga diharapkan melakukan condition monitoring dengan memperhatikan trend, alarm, dan deviation dari parameter mesin. 

Trend menunjukkan bagaimana suatu parameter berubah dari waktu ke waktu, sedangkan alarm memberikan peringatan ketika suatu parameter mencapai kondisi yang telah ditentukan. 

Deviation menunjukkan adanya penyimpangan antara kondisi aktual dengan nilai referensi atau kondisi normal.

Mengapa Trend Monitoring Sangat Penting?

Kesalahan yang sering terjadi dalam pemantauan mesin adalah hanya melihat apakah suatu parameter masih berada di bawah alarm limit.

Padahal, kondisi mesin dapat mengalami penurunan secara perlahan tanpa langsung mencapai batas alarm.

Sebagai contoh:

EGT normal - sedikit meningkat - meningkat lagi - terus meningkat

Jika engineer hanya melihat apakah temperatur sudah mencapai alarm limit, masalah mungkin baru diketahui ketika kondisi mesin sudah cukup buruk.

Sebaliknya, dengan trend monitoring, perubahan kecil dapat diketahui lebih awal.

Konsep ini sangat penting dalam condition-based maintenance (CBM) dan predictive maintenance.

Data historis dapat digunakan untuk menentukan apakah suatu komponen:

• masih dalam kondisi normal
• mulai mengalami deterioration
• membutuhkan pemeriksaan
• membutuhkan cleaning
• membutuhkan adjustment
• mendekati kondisi yang memerlukan overhaul

Sistem monitoring modern bahkan dapat membandingkan data aktual dengan reference performance dan mendeteksi penyimpangan dari pola operasi normal.

Lokasi: Jakarta, Daerah Khusus Ibukota Jakarta, Indonesia

Yakob Taruklangi I am Yakob Taruklangi, a professional seafarer as a Deck Officer on tanker ship and offshore vessel. Throughout my career, I have gained valuable knowledge and experience in the maritime industry, which I am passionate about sharing with others. Writing allows me to reflect on my journey at sea and provide insights into shipping, seamanship, and life onboard, with the hope of contributing to the wider maritime community.

Share :